近期，中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院強磁場科學中心研究員張昌錦、皮靂課題組合作，在磁性拓撲半金屬材料研究方面取得新進展。研究人員通過強磁場下的磁性、輸運測量以及第一性原理計算，對NdSb、DySb等鑭系金屬銻化物磁性體系進行了深入研究，發(fā)現(xiàn)了磁性拓撲半金屬態(tài)。

    拓撲半金屬是一類新型的拓撲材料，具有類似于基本粒子的低能激發(fā)態(tài)，在科學認知與實際應(yīng)用方面具有重大意義。其中，狄拉克半金屬的狄拉克點兼具晶體對稱性與時間反演對稱性，被稱為“三維石墨烯”。如果晶體對稱性或時間反演對稱性破缺，狄拉克點變?yōu)橐粚ν鉅桙c，形成外爾半金屬。晶體對稱性破缺的外爾半金屬已經(jīng)在TaAs、WTe2等體系中發(fā)現(xiàn)，而時間反演對稱性破缺的外爾半金屬則長期未被發(fā)現(xiàn)。主要原因在于角分辨光電子能譜在研究磁性材料時有很大局限，不能提供磁有序態(tài)下的明確電子結(jié)構(gòu)。理論上預(yù)測可能存在磁性拓撲半金屬態(tài)的體系包括鑭系金屬銻化物、鉍化物，以及GdPtBi、Mn3Sn等。

    在該工作中，研究人員利用強磁場下的磁性與輸運測量，研究了NdSb、DySb等材料的磁結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，分析了不同磁結(jié)構(gòu)下電子輸運的基本信息與載流子特性，結(jié)合第一性原理能帶計算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)NdSb的反鐵磁態(tài)是狄拉克半金屬態(tài)，DySb的鐵磁態(tài)是外爾半金屬態(tài)。尤其是，在NdSb上觀測到的手性反常導(dǎo)致的負磁阻現(xiàn)象，為拓撲半金屬態(tài)的存在提供了堅實證據(jù)。而NdSb、DySb也以其可調(diào)控的磁結(jié)構(gòu)為研究磁性與拓撲的關(guān)聯(lián)提供了理想的載體。

    該系列工作的輸運測量是在穩(wěn)態(tài)強磁場實驗裝置的一號水冷磁體WM1與混合磁體上進行的，磁性測量是在二號水冷磁體WM2的磁性測量系統(tǒng)（VSM）上進行的。

    該工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等的支持，主要完成人為研究生王永建、梁丹丹，相關(guān)研究發(fā)表在Physical Review B、APL Materials上。

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責任編輯：殷鵬飛

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